Combustion Plasma Environnement

  1. Formation de Nanoparticules dans les Flammes
  2. Formation de Nanoparticules dans les Plasmas
  3. Études des nanoparticules libres utilisant le rayonnement synchrotron
  4. Contacts électriques
  5. Recombinaison et attachement électronique
  6. Chimie Atmosphérique
  7. Émissions des polluants émis par les sources naturelles
  8. Références

Le groupe Combustion, Plasma et Environnement du Département de Physique Moléculaire réunit des chercheurs des domaines de la physique et chimie de la combustion, arcs électriques, formation des nanoparticules en environnement plasma, chimie du plasma, atmosphère planétaire, chimie atmosphérique et émission de polluants provenant de sources naturelles.

Le groupe possède sur place les instruments pour étudier les processus chimiques et les problèmes associés aux contacts éléctriques. Il est aussi utilisateur d’ancienne date des Instruments, des grandes installations telles que l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), le Synchrotron Soleil, les sources de neutrons en France et en Angleterre, le Mersen High Current Laboratory à Grenoble et les anneaux de stockage des ions lourds au Danemark et en Suède. Nous prévoyons d’utiliser l’installation X-Ray laser facility (LCLS) à l’Université de Stanford aux Etats Unis et un nouvel anneau de stockage des ions lourds à Langzhou en Chine.

Les domaines de recherche du groupe sont les suivants:

 

Formation de Nanoparticules dans les Flammes

Ce travail est basé sur la diffusion des rayons X aux petits angles (Small Angle X-Ray Scattering (SAXS)) afin de mesurer la distribution des tailles des particules de suie dans les flammes d’hydrocarbure, et d’étudier comment cette distribution peut être modifiée par l’ajout d’additifs. Les expériences sont réalisées à l’ESRF à Grenoble. Le groupe est pionnier de ce type de recherche qui permet de suivre la formation des suies en temps réel dans les flammes de laboratoire. [1]

Collaborations :

    S. Di Stasio, Istituto Motori, Naples, Italy
    F. Ossler, Lund University

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Formation de Nanoparticules dans les Plasmas

Ayant démontré que la technique SAXS peut être utilisée dans des milieux gazeux dilués tels que les flammes, nous avons appliqué la méthode à l’étude de nanoparticules créées dans des plasma micro-ondes d’air, et, le plus récemment dans les fumées des ablations laser et dans les arcs électriques. C’est une méthode non-intrusive qui donne de l’information sur les phénomènes de condensation des nanoparticules à des températures extrêmes. Les expériences sont réalisées à l’ESRF et au Synchrotron Soleil, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Tel Aviv en Israël, l’Université de Bourgogne et Schneider Electric. [2]

Collaborations :

    E. Jerby, University of Tel Aviv, Israel
    L. Lavisse, Université de Bourgogne
    Schneider Electric.
 

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Études des nanoparticules libres utilisant le rayonnement synchrotron

Ce travail, réalisé en collaboration avec des scientifiques du Synchrotron Soleil, du CEA, de l’IRSN et de l’Université de Rouen, implique l’injection de nanoparticules pré-préparées dans un système à vide via une lentille aérodynamique, ainsi que la réalisation d’études de spectroscopie de rayons X et de spectroscopie de masse sur ces particules lorsqu’elles sont exposées à une source accordable de rayons X mous. Un des objectifs de ce projet est d’examiner les phénomènes d’oxydation lente et de caractériser la chimie des particules de suie. Dans des  expériences, la technique SAXS sera appliquée afin de préciser la taille de particules sortant de la lentille, avant irradiation.

Collaborations :

    C. Miron, Synchrotron Soleil
    O. Sublemontier, CEA
    F-X, Ouf, IRSN
    J. Yon, INSA, Rouen
    T. Mostafaoui, Université de Bejaia, Algérie
 

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Contacts électriques

L’équipe « Contacts Electriques » a une renommée mondiale dans l’étude de la dégradation des contacts électriques utilisés dans les interrupteurs, dans les industries automobiles et aéronautiques. L’influence de la production d’arcs électriques et des contraintes mécaniques sur l’usure des contacts rassemble des domaines tels que la métallurgie, le magnétisme, le frottement, les propriétés mécaniques de la matière, la spectroscopie plasma et l’inflammation des câbles électriques. [3]

Collaborations : Renault, Metalor, FCI, EDF, Schneider Electric
 

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Recombinaison et attachement électronique

Ce sont des études fondamentales liées à la chimie des plasmas, que ce soit terrestre comme dans les réacteurs de fusion et les dispositifs de traitement de matériaux ou bien comme celui des atmosphères planétaires et des nuages interstellaires Ces études sont réalisées en utilisant soit les techniques de post-décharge en écoulement de notre laboratoire à Rennes, soit celles des faisceaux électron-ion aux anneaux de stockage d’ions lourds. On prévoit d’utiliser le nouvel accélérateur de Langzhou en Chine pour étudier les rapports de branchement.  [4]

Collaborations:

    A. Viggiano, United States Air Force
    M. Chabot, l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay
    P. Pernot, Laboratory de Chimie-Physique d’Orsay
    I. Schneider, The Université du Havre
    K. Beroff , l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay
    V. Kokoouline, Florida State University
    P. Defrance, Université Catholique de Louvain, Belgique
 

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Chimie Atmosphérique

Ce nouveau projet se propose de caractériser les polluants émis par des sources telles que les algues vertes sur les plages, un problème particulièrement important en Bretagne. Nous avons obtenu un financement pour l’acquisition d’un spectromètre de masse par transfert de protons portable, qui va permettre des mesures quantitatives rapides et in-situ des espèces polluantes. Cette technique ressemble de près aux méthodes post-décharge déjà utilisées par notre groupe. D’autres projets vont impliquer la détection de polluants provenant des élevages d’animaux (en collaboration avec l’INRIA et en coopération avec l’Université de Béjaia en Algérie pour l’étude des émissions provenant de feux à ciel ouvert.
 

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Collaborations :

    Department of Chemistry-Physics – University of Castilla La Mancha (UCLM), Ciudad Real, Spain
    Department of Physics -Université Libanaise-Beyrouth-Liban
    Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique GSMA – Université de Reims Champagne Ardenne-France
    Laboratoire des Sciences analytiques – Université de Lyon-France

 

Émissions des polluants émis par les sources naturelles

Ce nouveau projet se propose de caractériser les polluants émis par des sources telles que les algues vertes sur les plages, un problème particulièrement important en Bretagne. Nous avons obtenu un financement pour l’acquisition d’un spectromètre de masse par transfert de protons portable, qui va permettre des mesures quantitatives rapides et in-situ des espèces polluantes. Cette technique ressemble de près aux méthodes post-décharge déjà utilisées par notre groupe. D’autres projets vont impliquer la détection de polluants provenant des élevages d’animaux (en collaboration avec l’INRIA et en coopération avec l’Université de Béjaia en Algérie pour l’étude des émissions provenant de feux à ciel ouvert.
 

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Références

[1] Demonstration of the Onset of Soot Particle Aggregation and Growth in an Ethylene Flame by Small Angle X-Ray Scattering , J. B. A. Mitchell, S. di Stasio, J.L. LeGarrec, A.I. Florescu-Mitchell, T. Narayanan and M. Sztucki, Journal of Applied Physics 105, 124904 (2009)

[2] Evidence for nanoparticles in microwave-generated fireballs observed by synchrotron X-ray scattering, J.B.A. Mitchell, J.L. LeGarrec, M. Sztucki, T. Nayaranan, V. Dikhtyar and E. Jerby, Phys. Rev. Lett. 100, 065001 (2008)

[3] New contact material for reduction of arc duration for dc application. L. Doublet, N. Ben Jemaa, S. Rivoirard, C. Bourda, E. Carvou, D. Sallais, D. Givord, P. Ramoni, European Physical Journal – Applied Physics, 50, 1 ( 2010)

[4] The Dissociative Recombination of Molecular Ions: An Experimental and Theoretical Review, A. I. Florescu-Mitchell and J.B.A. Mitchell, Physics Reports 430, 278 (2006)

[5] Gas phase UV absorption cross-sections for a series of hydroxycarbonyls « , L. Messadia. G. El Dib, A. Ferhati, E. Roth., A. Chakir , Chemical Physics Letters, 529, 16 (2012)